KR100891204B1 - 산업폐기물의 재처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 있어서, 보다 상세하게는 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 산화아연과 선철을 회수하고 남은 괴상의 슬래그를 분쇄하여 처리하는 산업폐기물 처리방법에 관한 것으로서, 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 산화아연으로 회수하는 산화아연회수공정 후, 상기 산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법, 그리고 상기 방법으로 제조된 슬래그 분쇄물에 관한 것이다.
본 발명은 전기로 제강공정에서 발생하는 산화아연, 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 하는 전기로 더스트로부터 유가 성분인 산화아연 및 선철을 회수하여 유가 자원을 재활용하여 자원낭비를 막을 수 있는 장점과, 상기 산화아연 및 선철의 회수 반응 후 생성되는 산업폐기물인 슬래그의 다공질 처리를 통하여 아스콘용 채움재나 시멘트 부원료, 도로기층재 등의 재활용 기능성 재료로 이용할 수 있는 장점이 있다.
산업폐기물, 전기로 더스트, 제강 분진, 산화아연(ZnO), 선철, 슬래그
Description
본 발명은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 있어서, 보다 상세하게는 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 산화아연과 선철을 회수하고 남은 괴상의 슬래그를 분쇄하여 처리하는 산업폐기물 처리방법에 관한 것으로서, 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 산화아연으로 회수하는 산화아연회수공정 후, 상기 산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법, 그리고 상기 방법으로 제조된 슬래그 분쇄물에 관한 것이다.
본 발명은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 있어서, 보다 상세하게는 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 조산화아연과 선철을 회수 하고 남은 괴상의 슬래그를 분쇄하여 처리하는 산업폐기물 재처리 및 재활용 방법에 관한 것으로서, 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수공정 후, 상기 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법, 그리고 상기 방법으로 제조된 슬래그 분쇄물에 관한 것이다.
종래에는 제철 또는 제련소에서 발생되는 제강 분진 또는 전기로 더스트, 금속가루 등을 폐기시키거나 그 금속가루 등을 포집하여 건축자재나 아스팔트 재료로 이용하고 있었으나, 그 제강 분진에는 환경적으로 많은 유해한 금속물질들이 포함되어 환경공해를 유발하여 인체에 피해를 주는 경우가 종종 있었다. 이런 문제점을 해결하기 위해 제철 또는 제련소에서는 전기로 더스트에서 나오는 여러 금속 등 을 비중과 크기로 구별하여 그것을 분리하여 다시 재활용하는 기술에 연구가 진행되고 있다.
또한, 산업용 폐기물의 재처리 방법(Reprocessing method of industrial wastes)에 관련하여, 출원인인 세연에스앤알 주식회사 등은 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)와 소각회을 혼합기로 혼합시킨 후 상기 혼합물을 스크류 콘베이어를 이용하여 압출시키면서 고형화시키고 상기 고형화된 재처리 산업폐기물을 아스콘 포장용 채움재와 도로기층재로 재활용하는 산업폐기물 재처리 방법에 대하여 특허를 받은 바 있다(대한민국 특허등록 제10-0352215호).
그러나, 상술한 산업용 폐기물의 재처리 방법은 고가의 유가 성분인 산화아연이나 선철 등을 함유한 채 그대로 폐기되거나 또는 도로 기층재나 아스콘용 채움재로 이용됨으로써, 유가 성분이 그대로 폐기되는 자원 재활용에 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 있어서, 보다 상세하게는 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 조산화아연과 선철을 회수 하고 남은 괴상의 슬래그를 분쇄하여 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 관한 것으로서, 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수공정 후, 상기 산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 파쇄 및 분쇄된 슬래그의 분말가루를 아스콘용 채움재로 이용하는 슬래그 분쇄물을 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 아스콘용 채움재로 이용하기 위해 상기 아스콘 채움재 용 슬래그 분쇄물에 제지슬러지를 태운 소각재를 중량대비 9.5 ∼ 7:0.5 ~ 3 비율로 혼합하여 제조한 아스콘 채움재 용 슬래그 분쇄물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 구성은, 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로부터 조산화아연과 선철을 회수 하고 남은 괴상의 슬래그를 분쇄하여 처리하는 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 관한 것으로서, 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수공정 후, 상기 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 공정으로 이루어진다.
본 발명의 다른 구성은, 상기 파쇄 및 분쇄된 슬래그의 분말가루를 아스콘용 채움재로 이용하는 것을 특징으로 슬래그 분쇄물로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 아스콘용 채움재로 이용하기 위해 상기 슬래그 분쇄물에 제지슬러지를 태운 소각재를 중량대비 9.5 ∼ 7:0.5 ~ 3 비율로 혼합하여 제조한 소각재가 함유된 슬래그 분쇄물로 이루어진다.
본 발명에 따른 효과는,
첫째, 전기로 제강공정에서 발생하는 산화아연,플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 하는 전기로 더스트로부터 유가 성분인 산화아연 및 선철을 회수하여 유가 자원을 재활용하여 자원낭비를 막을 수 있는 장점이 있다.
둘째, 상기 산화아연 및 선철의 회수 반응 후 생성되는 산업폐기물인 슬래그의 다공질 처리를 통하여 아스콘용 채움재나 시멘트 부원료, 도로기층재 등의 재활용 기능성 재료로 이용할 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도 1은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 관한 공정도이다.
본 발명에 따른 발명의 구성은 도 1에 도시된 바와 같이, 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법은 크게 3개의 공정으로 이루어져 있다. 그 중 제1공정(100)은 조산화아연 회수공정으로, 그 구체적인 공정은 이하와 같다.
산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정 후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수과정이 포함되어 구성된다.
바인더로는 벤토나이트 또는 당밀을 사용할 수 있으며, 혼합시 약간의 물도 첨가된다.
펠렛의 크기는 크게 좌우되지 않지만 일반적으로 직경 5-10Cm, 두께 2-5Cm의 범위를 갖는 것이 좋다.
탄소환원제는 콜(Coal) 또는 코크스(Cokes)를 사용한다.
환원로는 형식에 관계없이 900- 1200℃의 범위에서 환원반응이 이루어진다.
상술한 조산화아연을 회수하는 제1공정 외에, 도 1에 도시된 선철을 회수하는 제2공정(200)을 설명하면 이하와 같다.
상기 아연 증기를 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수공정 후, 상기 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온(1200℃- 1400℃)에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 과정으로 포함하여 구성된 선철 회수의 제2공정(200)으로 이루어져 있다.
마지막 제3공정(300)은 상기 선철 회수의 제2공정 후, 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 과정과, 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 과정인 슬래그 분쇄물 공정으로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 제2공정을 통하여 생성된 슬래그를 상기 제 3공정을 거쳐 아스콘용 채움재에 이용할 수 있도록 KSF 3501 규격에 적합한 슬래그 분쇄물을 제조한다. 또한, 상기 슬래그 분쇄물에 상기 대한민국 특허등록 제10-0352215호에서 공지된 제지슬러지 소각재를 중량대비 9.5 ∼ 7:0.5 ~ 3 비율로 혼합하여 제조한 소각재가 함유된 슬래그 분쇄물로 이루어진다.
본 발명의 또 다른 구성은, 상기 슬래그 분쇄물은 아스콘용 채움재로 재활용되는 물성적 성질에 따라, 그 물성적 성질이 유사하게 활용되는 도로 포장시 사용되는 도로 기층재나 또는 벽돌이나 콘크리트의 제조에 이용되는 시멘트용 부원료로도 재활용되는 것을 특징으로 하는 슬래그 분쇄물로 이루어진다.
실시예
1 - 아스콘용
채움재
슬래그
분쇄물
시험예 1-1 : 아스콘용 채움재 KSF 규격의 적합성 테스트
본 발명의 구성에 따라 전기로 더스트를 포집한 후, 상기 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수한 후, 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 파쇄 및 분쇄기에 의거 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 슬래그 분쇄물을 획득한 후 아스콘 용 채움재에 관한 하기 아스콘용 채움재 KSF 규격 및 마샬안정도 KS F 2337 규격에 관한 시험을 하였다.
아스콘용 채움재 KSF 규격에 따른 입도(600㎛, 300㎛, 150㎛, 75㎛)에 적합성 테스를 한 결과, 아스콘용 채움재로서의 입도가 적합한 것으로 판정되었다. 그리고 KSF3501 규격 표 1에 따른 소성지수, 흐름시험, 침수팽창, 박리 저항성 모두 상기 규정에 따라 적합한 것으로 판정되었다.
시험예 1-2 : 마샬안정도 KS F 2337 결과 수치
| KS 규격 | 실시예 1 | |
| 밀도(g/cm3) | 2.3이상 | 2.35 |
| 안정도(kg) | 500이상 | 993 |
| 공극률(%) | 3-57 | 47 |
| 포화도(%) | 5-85 | 9.5 |
| 후로우(1/100cm) | 20-40 | 32 |
상기 표 1에서 나타난 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 슬래그 분쇄물은 종래의 아스콘보다 상기 밀도, 안정성, 공극률, 포화도, 후로우 등의 마샬안정도 KS 기준보다 더 우수한 것으로 나타났다.
실시예
2 - 소각재가 함유된 아스콘용
채움재
슬래그
분쇄물
시험예 2 - 1 : 아스콘용 채움재 KSF 규격의 적합성 테스트
본 발명의 구성에 따라 전기로 더스트를 포집한 후, 상기 산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 주성분으로 이루어진 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수한 후, 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정 후 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 파쇄 및 분쇄기에 의거 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 슬래그 분쇄물을 획득하였다. 그리고 나서 상기 슬래그 분쇄물에 제지슬러지를 태운 소각재를 중량대비 9.0:1.0 비율로 혼합한 후 하기 아스콘용 채움재 KSF 규격 및 마샬안정도 KS F 2337 규격에 관한 시험을 하였다.
아스콘용 채움재 KSF 규격에 따른 입도(600㎛, 300㎛, 150㎛, 75㎛)에 적합성 테스를 한 결과, 아스콘용 채움재로서의 입도가 적합한 것으로 판정되었다. 그리고 KSF3501 규격 표 2에 따른 소성지수, 흐름시험, 침수팽창, 박리 저항성 모두 상기 규정에 따라 적합한 것으로 판정되었다.
시험예 2 - 2 - 마샬안정도 KS F 2337 결과 수치
| KS 규격 | 실시예 2(슬래그 분쇄물:소각재,9:1) | |
| 밀도(g/cm3) | 2.3이상 | 2.31 |
| 안정도(kg) | 500이상 | 893 |
| 공극률(%) | 3-57 | 53 |
| 포화도(%) | 5-85 | 10.5 |
| 후로우(1/100cm) | 20-40 | 27 |
상기 표 2에서 나타난 바와 같이 본 발명에 의해 제조된 슬래그 분쇄물은 종래의 아스콘보다 상기 밀도, 안정성, 공극률, 포화도, 후로우 등의 마샬안정도 KS 기준보다 더 우수한 것으로 나타났다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 산업폐기물의 재처리 및 재활용 방법에 관한 공정도이다.
Claims (4)
- 전기로 제강 또는 제련 공정에서 발생하는 전기로 더스트(제강분진)로 이루어진 산업폐기물의 재처리 방법에 관한 것으로서,산화아연과 플랭크리나이트(Franklinite)를 포함하는 상기 전기로 더스트를 바인더와 혼합하여 펠릿으로 성형 가공하고, 상기 펠릿으로 성형 가공된 전기로 더스트를 아연 환원로에 장입하여 탄소 환원제와 반응에 의해 금속 아연을 기상으로 분리 회수하는 금속아연 증기 회수공정후, 상기 기상으로 회수된 금속아연 증기를 다시 냉각, 산화시켜 조산화아연으로 회수하는 조산화아연 회수공정;상기 조산화아연 회수공정 후 조산화아연이 분리되고 남은 부산물을 전기로에 생석회와 함께 장입하여, 1200-1400 ℃ 고온에서의 생석회에 의한 용융환원 반응을 통하여 철 성분을 선철로 회수하는 선철 회수공정; 및상기 선철 회수공정 후 생성되는 슬래그를 급랭시켜 다공질 처리하고 상기 슬래그를 분말가루로 파쇄 및 분쇄시켜 처리하는 슬래그 분쇄공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산업폐기물의 재처리 방법.
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